EP1817440B1 - Verfahren und vorrichtung zum abscheiden von dicken gallium-nitrit-schichten auf einem saphirsubstrat und zugehörigem substrathalter - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum abscheiden von dicken gallium-nitrit-schichten auf einem saphirsubstrat und zugehörigem substrathalter Download PDF

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EP1817440B1
EP1817440B1 EP05815637A EP05815637A EP1817440B1 EP 1817440 B1 EP1817440 B1 EP 1817440B1 EP 05815637 A EP05815637 A EP 05815637A EP 05815637 A EP05815637 A EP 05815637A EP 1817440 B1 EP1817440 B1 EP 1817440B1
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substrate holder
process chamber
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chamber
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Definitions

  • the invention relates to a device for holding at least one substrate in a process chamber of a reactor housing with an attack zone for attacking a handling device and with a support zone on which the substrate rests at least with its edge.
  • the invention further relates to a coating apparatus, in particular in the form of an MOCVD reactor, preferably an HVPE reactor, having a process chamber for depositing layers on at least one substrate held by a substrate holder, which process chamber is brought from a heater to process temperature.
  • a coating apparatus in particular in the form of an MOCVD reactor, preferably an HVPE reactor, having a process chamber for depositing layers on at least one substrate held by a substrate holder, which process chamber is brought from a heater to process temperature.
  • the invention relates to a method for depositing at least one layer on at least one substrate, wherein the substrate is coated in a process chamber of a reactor housing on a substrate holder at a process temperature and then exposed to light from below without significant cooling or heating to the layer of At least dissolve substrate.
  • WO 2001/023648 A1 describes a method for depositing gallium nitrite layers on a sapphire substrate, wherein the thermal properties of the layer and the substrate are so different that different coefficients of thermal expansion can occur during cooling of the layer material deposited at a relatively high process temperature.
  • the substrate be treated from below at substantially the process temperature with laser light which penetrates through the sapphire layer and the gallium nitrite layer at least from the substrate surface dissolves, so that the otherwise resulting on cooling fractures are avoided.
  • the resulting nitrite layer can later be used as a substrate for other coating processes. It is then completely detached from the sapphire substrate in further process layers.
  • WO 2004/009299 A2 a loading and unloading device of a process chamber of a coating device is known in which by means of a gripper, a substrate holder is lifted from a substrate holder carrier, wherein the substrate holder has a ring shape and the substrate under the edge.
  • the US 5,169,684 describes an annular substrate holder for placing a plurality of substrates parallel to each other in a process chamber.
  • the object of the invention is to specify means with which layers can be deposited on substrates in an improved manner, in which the thermal expansion properties of the layer and the substrate are different and, in particular, gallium nitrite substrates can be produced.
  • the deposition of one or more thick gallium nitrite layers on a sapphire substrate, which layers can later be removed from the substrates, should be improved.
  • the substrate holder is further developed in that the support zone is transparent to the wavelength of the optical substrate treatment process.
  • the optical treatment following the coating can be carried out on one and the same substrate holder.
  • This can be with a handling device, as described by the DE 10 232 731 is transferred from the process chamber into a treatment chamber, wherein the treatment chamber is preferably arranged immediately adjacent to the process chamber and is maintained at substantially the same temperature as the process chamber. It is also possible that the process chamber and the treatment chamber are separated from each other only by a partition wall. Both chambers can also be sections of one and the same room.
  • the substrate holder has a ring shape.
  • the substrate holder may have an annular main body.
  • the central space of this body has a floor plan that is slightly larger than the surface of the substrate.
  • the support zone is preferably formed by a resting on the base support member.
  • the support member may also be otherwise connected to the body. It is essential that the support element is transparent to the wavelength of the optical substrate treatment process. In this case, the support element may be formed in one piece or in several parts. But it should have sections that protrude into the central space in order to carry the substrate.
  • the support element is preferably made of the same material as the substrate, so preferably made of sapphire (Al 2 O 3 ).
  • the substrate holder may have a lattice-like manner a plurality of openings, on the edge of which the edge of the substrate rests.
  • the support element is preferably transparent to the wavelength required for the treatment, it is also possible that the substrate rests over its entire surface on such a support element.
  • the support element has a circular disk shape and rests on a step of the base body.
  • the CVD reactor which forms the process chamber, in addition to suitable gas inlet devices also has at least one gas outlet device and a heater for heating the substrate or the substrate holder or a substrate holder carrying substrate holder carrier. This heater can be a resistance heater.
  • the substrate holder carrier In the process chamber there is preferably a substrate holder on which the substrate holder can be placed by means of a handling device.
  • the substrate holder carrier preferably has a base, over which the annular substrate holder can be placed such that the support element rests on the base.
  • the substrate holder carrier may be in an opening of the bottom of the process chamber. The bottom of this opening has outlet nozzles for gases which form a gas cushion on which the substrate holder carrier is suspended in rotation.
  • the substrate holder carrier is preferably also driven in rotation with the gas emerging from the bottom of the opening.
  • the process chamber is attached to a treatment chamber. In this, the optical aftertreatment takes place at essentially the same process temperature.
  • the substrate holder is spent with it resting on the substrate there by means of handling device.
  • the heating can be done in the manner described above from below.
  • a direction-influenceable individual laser which scans the entire surface of the substrate line by line or in a spiral.
  • the process takes place at the common process pressures, ie in a range between 10 and 1000 hPa.
  • the optical treatment can also take place at these total pressures.
  • the process chamber and the treatment chamber are suitably purged by inert gases such as noble gases or nitrogen or hydrogen.
  • surface stabilizing gases such as ammonia can be used.
  • FIG. 1 illustrated embodiment is a substrate holder 1, which has an annular graphite coated from SIC, TaC or pyrolitic BN graphite or consisting of quartz glass base body 6.
  • This base body has an outer wall-side, circumferential groove, which forms an attack zone for a fork-shaped handling device, as for example of the DE 10 232 731 is described.
  • the interior 7 of the rotationally symmetrical, annular base body 6 has a diameter which is greater than the diameter of the substrate 2.
  • an edge rib 9 With the formation of an edge rib 9, the upper side of the main body 6 forms a step. At this stage is an annular disk-shaped sapphire body 8, which forms a support element. The support element 8 rests on the step with its outer edge 8 "The inner edge section 8 'of the support element 8 projects into the central free space 7 of the main body 6.
  • This edge 8 'projecting into the free space 7 forms a support zone 5 for the edge 2' of the substrate 2.
  • the edge rib 9 serves to center the support element 8.
  • the edge rib 9 is slightly higher than the material thickness of the sapphire supporting element 8, so that even a resting on the edge 8 "of the support member 8 annular disc-shaped graphite or quartz body 10, which forms a compensation plate
  • the thickness of this compensation plate 10 essentially corresponds to the thickness of the substrate 2.
  • the compensation plate 10 serves to center the substrate 13.
  • the inner edge of the annular compensation plate 10 is approximately flush with the inner wall of the base body 6.
  • the Fig. 3 shows roughly schematically a reactor housing 15, which has a process chamber 3 and attached thereto a treatment chamber 12.
  • the process chamber 3 is separated from the treatment chamber 12 by a partition 14.
  • the process chamber 3 open gas inlets, not shown, to initiate, for example, serving for layer deposition reactive gases in the process chamber 3.
  • gases are hydrides and chlorides, preferably gallium chloride and ammonia.
  • the reactive gases decompose with one another or are at least thermally excited in such a way that a gallium nitrite layer is deposited on the surface of the substrate.
  • the substrate 2 consists of a sapphire.
  • the process chamber 3 has not shown means to derive the process gas or the reaction products from the process chamber. These means may include a vacuum pump.
  • the bottom of the process chamber 3 forms a recess 19.
  • nozzles 17 are arranged, which are connected to a gas supply line 16. Gas streams exit from the nozzles 17 and lift and rotate a substrate holder carrier 18 placed in the recess 19.
  • the substrate holder carrier 18 is preferably made of coated graphite and forms a base, on which the substrate holder 1 can be placed by means of a handling device, not shown. In this case, the base of the substrate holder carrier 18 projects into the central free space 7 of the main body 6.
  • the substrate holder 1 and the substrate holder carrier 18 as well as all other elements of the process chamber 3 may be made of any suitable, high temperature resistant material.
  • the inwardly projecting edge 8 'of the support element 8 is supported on the upper side of the base.
  • the base body 6 is located in an annular recess which forms the wall of the recess 19 on the one hand and the outer wall of the base on the other.
  • the chemical reaction is set in motion.
  • the heating of the process chamber 13 can be done from all sides. In the Fig. 3 the heating by the arrows is merely indicated.
  • the treatment chamber 12 In the immediate vicinity, in particular in the same reactor housing 15, the treatment chamber 12 is provided. In this prevails substantially the same temperature, which also prevails in the process chamber 3. However, the temperature within the treatment chamber may also be lower than the temperature within the process chamber 3. It is essential that the temperature difference is low enough to avoid the above-mentioned damage. There, however, no reactive gases occur.
  • partitioning serves a partition 14. It is also possible to omit the partition 14.
  • the bottom of the treatment chamber 12 forms in the embodiment of a depression.
  • a laser assembly 21 is arranged, which emits light of a wavelength 355 nm. For other processes but also other wavelengths can be emitted.
  • the light emitted by the laser arrangement 21 penetrates the edge 8 'of the sapphire annular disk 8 and the entire substrate 2, including the edge portion 2' of the substrate 2, which rests on the annular disc. Due to the introduced light energy, the interface between the substrate and the gallium nitride layer deposited thereon changes to soften. The gallium nitrite layer is thereby dissolved by the substrate surface. Any existing crystalline bond between the layer and the substrate is destroyed. In the area of the interface amorphous material can arise.
  • the process temperature within the treatment chamber 12 will be further lowered from a temperature below the process temperature.
  • the substrate holder with substrate resting thereon is introduced into the process chamber 3.
  • a gallium nitrite layer several micrometers thick is applied to the substrate 2 made of sapphire.
  • the substrate holder with the substrate 2 resting thereon is moved with a handling device into the treatment chamber 12, where the substrate 2 is exposed from below to laser light, so that the gallium nitrite layer separates from the sapphire substrate.
  • Both processes can be carried out essentially at the same process temperature of about 1000 or 1100 ° C.
  • the substrate holder 1 is spent with it resting on the substrate 2 from the treatment chamber 12 by means of a handling device and cooled. Upon cooling, the layer may shift laterally relative to the substrate so that it does not crack.
  • annular disc 8 is still a circular disc-shaped shim, which lies on the trained from the base stage.
  • the substrate holder 18 carries a total of three substrate holder 1,1 '.
  • the substrate holders 1 have the shape as described above.
  • the substrate holder 1 ' is designed differently. He is able to carry a variety of substrates 2.
  • the treatment chamber 2 has a bottom with a funnel-shaped opening.
  • a positionable laser 21 In the entrance area of the funnel-shaped opening is a positionable laser 21. This can be pivoted about different pivot axes to scan with its laser beam 23, the lower surface of the substrate.
  • the arranged below the substrate holder 1 reactor wall 25 has an opening which is closed with the intermediate layer of a seal 27 by a window 26 which is supported on a frame 28.
  • the laser assembly 21 is located below the window 26, ie outside the actual process chamber or reactor chamber, in which there may be a vacuum.
  • the laser assembly 21 is located below the window 26, ie outside the actual process chamber or reactor chamber, in which there may be a vacuum.
  • the laser assembly 21 is located below the window 26, ie outside the actual process chamber or reactor chamber, in which there may be a vacuum.
  • it is a pivotable laser whose laser beam 23 can scan the lower surface of the substrate so detach the thick gallium nitrite layer from the transparent substrate.
  • the laser can be the substrate underside as in the Fig. 8a shown, line by line scan. But it is also possible, as in the Fig. 8b shown to scan the bottom of the substrate in a spiral. This can be done from inside to outside or from outside to inside. Preferably, the scanning is done from outside to inside. And at the same time, the temperature can be lowered at the same time.
  • the support member 8 is formed circular disk-shaped. It is transparent to the laser beam used, whose wavelength is for example 355 nm. It completely supports the substrate 2 since it has the shape of a circular disk.
  • a base body 6 shows a square opening with a step 6 ', on which a correspondingly shaped support member 8 can be placed so that both round and square substrates can be treated with this device.
  • a compensation plate 10 may be provided, which centers the substrate in its position on the support element 8.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung mindestens eines Substrates in einer Prozesskammer eines Reaktorgehäuses mit einer Angriffszone zum Angriff einer Handhabungseinrichtung und mit einer Auflagezone, auf welcher das Substrat zumindest mit seinem Rand aufliegt.
  • Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Beschichtungsvorrichtung, insbesondere in Form eines MOCVD-Reaktors, vorzugsweise eines HVPE-Reaktors, mit einer Prozesskammer zum Abscheiden von Schichten auf mindestens einem von einem Substrathalter gehaltenen Substrat, welche Prozesskammer von einer Heizung auf Prozesstemperatur gebracht wird.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abscheiden mindestens einer Schicht auf mindestens einem Substrat, wobei das Substrat in einer Prozesskammer eines Reaktorgehäuses auf einem Substrathalter bei einer Prozesstemperatur beschichtet wird und daran anschließend ohne wesentliche Abkühlung oder Erwärmung von unten her lichtbeaufschlagt wird, um die Schicht vom Substrat zumindest anzulösen.
  • Das US 6,750,121 B1 bzw. WO 2001/023648 A1 beschreibt ein Verfahren zum Abscheiden von Gallium-Nitrit-Schichten auf einem Saphir-Substrat, wobei die thermischen Eigenschaften von Schicht und Substrat derart verschieden sind, dass zufolge unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten beim Abkühlen des bei einer relativ hohen Prozesstemperatur abgeschiedenen Schichtmaterials Brüche entstehen können.
  • Zur Vermeidung derartiger Brüche wird von der US 6,750,121 B1 vorgeschlagen, dass das Substrat von unten her bei im Wesentlichen der Prozesstemperatur mit Laserlicht behandelt wird, das durch die Saphirschicht hindurch dringt und die Gallium-Nitrit-Schicht zumindest von der Substratoberfläche anlöst, so dass die ansonsten beim Abkühlen entstehenden Brüche vermieden werden. Die so entstandene Nitrit-Schicht kann später als Substrat für andere Beschichtungsverfahren verwendet werden. Sie wird dann in weiteren Prozessschichten vollständig von dem Saphirsubstrat abgelöst.
  • Aus der DE 102 32 731 , bzw. WO 2004/009299 A2 ist eine Be- und Entladevorrichtung einer Prozesskammer einer Beschichtungseinrichtung bekannt, bei der mittels eines Greifers ein Substrathalter von einem Substrathalterträger abgehoben wird, wobei der Substrathalter eine Ringform besitzt und das Substrat randseitig unterfasst.
  • Die US 5,169, 684 beschreibt einen ringförmigen Substrathalter, um eine Vielzahl von Substraten parallel zueinander liegend in einer Prozesskammer anzuordnen.
  • Ausgehend von dem zuvor genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Mittel anzugeben, mit denen in verbesserter Weise Schichten auf Substrate abscheidbar sind, bei denen die Wärmeausdehnungseigenschaften von Schicht und Substrat verschieden sind und insbesondere Gallium-Nitrit-Substrate herstellbar sind. Insbesondere soll das Abscheiden von ein oder mehreren dicken Gallium-Nitrit-Schichten auf einem Saphirsubstrat, welche Schichten später wieder von den Substraten abgelöst werden können, verbessert werden.
  • Gelöst wird die Aufgabe zunächst und im Wesentlichen durch die in den nebengeordneten Ansprüchen 1, 6 und 11 angegebene Erfindung. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.
  • Der Substrathalter wird erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass die Auflagezone für die Wellenlänge des optischen Substratbehandlungsprozesses transparent ist. Zufolge dieser Ausgestaltung kann die der Beschichtung nachfolgende optische Behandlung auf ein und demselben Substrathalter durchgeführt werden. Dieser kann mit einer Handhabungseinrichtung, wie sie von der DE 10 232 731 beschrieben ist, von der Prozesskammer in eine Behandlungskammer transferiert werden, wobei die Behandlungskammer vorzugsweise unmittelbar neben der Prozesskammer angeordnet ist und auf im Wesentlichen derselben Temperatur wie die Prozesskammer gehalten ist. Es ist auch möglich, dass die Prozesskammer und die Behandlungskammer lediglich durch eine Trennwand voneinander getrennt werden. Beide Kammern können auch Abschnitte ein und desselben Raumes sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung besitzt der Substrathalter eine Ringform. Hierzu kann der Substrathalter einen kreisringförmigen Grundkörper besitzen. Der zentrale Freiraum dieses Grundkörpers besitzt einen Grundriss, der etwas größer ist als die Fläche des Substrates. Zufolge dieser Ausgestaltung kann die gesamte Substratoberfläche von unten her mit einem Laserstrahl behandelt werden, welcher durch den zentralen Freiraum des Grundkörpers hindurch die Unterseite des Substrates beaufschlagt. Die Auflagezone wird vorzugsweise von einem auf dem Grundkörper aufliegenden Stützelement ausgebildet. Das Stützelement kann aber auch anderweitig mit dem Grundkörper verbunden sein. Wesentlich ist, dass das Stützelement transparent ist für die Wellenlänge des optischen Substratbehandlungsprozesses. Dabei kann das Stützelement einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Es sollte aber Abschnitte aufweisen, die in den zentralen Freiraum ragen, um damit das Substrat zu tragen. Das Stützelement besteht vorzugsweise aus demselben Material wie das Substrat, also vorzugsweise aus Saphir (Al2O3). Es ist auch möglich, dass mehrere Substrate auf einem Substrathalter aufliegen. Hierzu kann der Substrathalter gitterartig eine Vielzahl von Öffnungen aufweisen, auf deren Rand der Rand des Substrates aufliegt. Da das Stützelement vorzugsweise transparent für die zur Behandlung erforderliche Wellenlänge ist, ist es auch möglich, dass das Substrat vollflächig auf einem derartigen Stützelement aufliegt. Vorzugsweise besitzt das Stützelement jedoch eine Kreisscheibenform und liegt auf einer Stufe des Grundkörpers auf. Der CVD-Reaktor, der die Prozesskammer bildet, besitzt neben geeigneten Gaseinlasseinrichtungen auch zumindest eine Gasauslasseinrichtung und eine Heizung zum Aufheizen des Substrates bzw. des Substrathalters oder eines den Substrathalter tragenden Substrathalterträger. Diese Heizung kann eine Widerstandsheizung sein. Sie kann eine Infrarotheizung oder eine RF-Heizung sein. In der Prozesskammer befindet sich bevorzugt eine Substathalterträger, auf den mittels einer Handhabungseinrichtung der Substrathalter aufgesetzt werden kann. Der Substrathalterträger besitzt vorzugsweise einen Sockel, über den der ringförmige Substrathalter derart gestülpt werden kann, dass das Stützelement auf dem Sockel aufliegt. Der Substrathalterträger kann in einer Öffnung des Bodens der Prozesskammer einliegen. Der Boden dieser Öffnung besitzt Austrittsdüsen für Gase, die ein Gaspolster ausbilden, auf welchem der Substrathalterträger schwebend drehangetrieben wird. Der Substrathalterträger wird vorzugsweise auch mit dem aus dem Boden der Öffnung austretenden Gas drehangetrieben. Der Prozesskammer ist eine Behandlungskammer angegliedert. In dieser findet die optische Nachbehandlung bei im Wesentlichen derselben Prozesstemperatur statt. Hierzu wird der Substrathalter mit darauf aufliegendem Substrat nach dort mittels Handhabungseinrichtung verbracht. Auch hier kann die Beheizung in der oben beschriebenen Weise von unten erfolgen. Die Lichtbeaufschlagung des Substrates von unten erfolgt mittels eines Laserstrahls bei einer Wellenlänge von z. B. 355 nm. Es kann sich daher um einen Laserarray handeln, das in einer Vertiefung des Bodens der Behandlungskammer einliegt. Es ist aber auch möglich, einen richtungsbeeinflussbaren einzelnen Laser zu verwenden, der zeilenweise oder spiralförmig die komplette Fläche des Substrates abtastet. Der Prozess findet bei den gängigen Prozessdrucken statt, also in einem Bereich zwischen 10 und 1000 hPa. Auch die optische Behandlung kann bei diesen Totaldrucken stattfinden. Die Prozesskammer und die Behandlungskammer werden in geeigneter Weise durch Inertgase wie Edelgase oder Stickstoff oder Wasserstoff gespült. Darüber hinaus können oberflächenstabilisierende Gase wie Ammoniak eingesetzt werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    in einem Halbschnitt in perspektivischer Darstellung einen Substrathalter eines ersten Ausführungsbeispiels mit aufliegendem Substrat,
    Fig. 2
    eine perspektivische Darstellung des Substrathalters des ersten Ausführungsbeispiels (Fig. 1) ohne darauf aufliegendem Substrat,
    Fig. 3
    in schematischer Darstellung im Schnitt ein Reaktorgehäuse mit Prozesskammer und daran angegliederter Behandlungskammer, Fig. 4 eine zweites Ausführungsbeispiel eines Substrathalters in einer Darstellung gemäß Fig. 1,
    Fig. 5
    die Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem drei unterschiedlich ausgestaltete Substrathalter auf einem Substrathalterträger aufliegen,
    Fig. 6
    ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Darstellung gemäß Fig. 3,
    Fig. 7
    ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Behandlungskammer in einer Darstellung gemäß Fig. 3,
    Fig. 8a
    eine mögliche Abtastkurve eines steuerbaren Lasers,
    Fig. 8b
    eine zweite mögliche Abtastkurve eines steuerbaren Lasers,
    Fig. 9
    ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Grundkörpers im Schnitt und
    Fig. 10
    ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Grundkörpers mit Draufsicht in einer Darstellung gemäß Fig. 1.
  • Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ist ein Substrathalter 1, der einen ringförmigen, aus SIC, TaC oder pyrolitischen BN beschichteten Graphit oder aus Quarzglas bestehenden Grundkörper 6 besitzt. Dieser Grundkörper besitzt eine außenwandseitige, umlaufende Nut, die eine Angriffszone ausbildet für eine gabelförmige Handhabungseinrichtung, wie sie beispielsweise von der DE 10 232 731 beschrieben wird. Der Innenraum 7 des rotationssymmetrischen, ringförmigen Grundkörpers 6 besitzt einen Durchmesser, der größer ist, als der Durchmesser des Substrates 2.
  • Unter Ausbildung einer Randrippe 9 bildet die Oberseite des Grundkörpers 6 eine Stufe aus. Auf dieser Stufe liegt ein kreisringscheibenförmiger Saphirkörper 8, der ein Stützelement ausbildet. Mit seinem Außenrand 8" liegt das Stützelement 8 auf der Stufe auf. Der innere Randabschnitt 8' des Stützelementes 8 ragt in den zentralen Freiraum 7 des Grundkörpers 6.
  • Dieser, in den Freiraum 7 hinein ragende Rand 8' bildet eine Auflagezone 5 für den Rand 2' des Substrates 2 aus. Die Randrippe 9 dient der Zentrierung des Stützelementes 8. Die Randrippe 9 ist etwas höher als die Materialstärke des aus Saphir bestehenden Stützelementes 8, so dass auch ein auf dem Rand 8" des Stützelementes 8 aufliegender ringscheibenförmiger Graphit- oder Quarzkörper 10, der eine Kompensationsplatte bildet, zentriert werden kann. Die Dicke dieser Kompensationsplatte 10 entspricht im Wesentlichen der Dicke des Substrates 2. Die Kompensationsplatte 10 dient der Zentrierung des Substrates. Die innere Kante der ringförmigen Kompensationsplatte 10 fluchtet in etwa mit der inneren Wandung des Grundkörpers 6.
  • Die Fig. 3 zeigt grob schematisch ein Reaktorgehäuse 15, welches eine Prozesskammer 3 und daran angegliedert eine Behandlungskammer 12 besitzt. Die Prozesskammer 3 ist von einer Trennwand 14 von der Behandlungskammer 12 getrennt.
  • In die Prozesskammer 3 münden nicht dargestellte Gaseinlässe, um beispielsweise die zur Schichtabscheidung dienenden reaktiven Gase in die Prozesskammer 3 einzuleiten. Bei diesen Gasen handelt es sich um Hydride und Chloride, vorzugsweise um Gallium-Chlorid und um Ammoniak. Durch Reaktionen in der Gasphase, die auch plasmaunterstützt sein können, zerfallen die reaktiven Gase miteinander oder werden zumindest derart thermisch angeregt, dass auf der Oberfläche des Substrates eine Gallium-Nitrit-Schicht abgeschieden wird. Das Substrat 2 besteht aus einem Saphir. Darüber hinaus besitzt die Prozesskammer 3 nicht dargestellte Mittel, um das Prozessgas bzw. die Reaktionsprodukte aus der Prozesskammer abzuleiten. Diese Mittel können eine Vakuumpumpe mit umfassen.
  • Der Boden der Prozesskammer 3 bildet eine Vertiefung 19 aus. Im Boden der Vertiefung 19 sind Düsen 17 angeordnet, die mit einer Gaszuleitung 16 verbunden sind. Aus den Düsen 17 treten Gasströme aus, die einen in der Vertiefung 19 einliegenden Substrathalterträger 18 anheben und in Drehung versetzen. Der Substrathalterträger 18 ist vorzugsweise aus beschichtetem Graphit gefertigt und bildet einen Sockel aus, auf den der Substrathalter 1 mittels einer nicht dargestellten Handhabungseinrichtung aufsetzbar ist. Dabei ragt der Sockel des Substrathalterträgers 18 in den zentralen Freiraum 7 des Grundkörpers 6 hinein. Der Substrathalter 1 und der Substrathalterträger 18 sowie alle anderen Elemente der Prozesskammer 3 können aus jedem geeigneten, hochtemperaturfesten Material gefertigt sein. Im Ausführungsbeispiel stützt sich der nach innen ragende Rand 8' des Stützelementes 8 auf der Oberseite des Sockels ab. Der Grundkörper 6 liegt in einer kreisringförmigen Aussparung, die die Wandung der Vertiefung 19 einerseits und die Außenwandung des Sockels andererseits bildet.
  • Durch Einleiten der vorerwähnten Gase und zusätzlicher Trägergase wie Wasserstoff oder Stickstoff und Beheizen der Prozesskammer 3 wird die chemische Reaktion in Gang gesetzt.
  • Die Beheizung der Prozesskammer 13 kann von allen Seiten erfolgen. In der Fig. 3 ist die Beheizung durch die Pfeile lediglich angedeutet.
  • In unmittelbarer Nachbarschaft, insbesondere im selben Reaktorgehäuse 15 ist die Behandlungskammer 12 vorgesehen. In dieser herrscht im Wesentlichen dieselbe Temperatur, die auch in der Prozesskammer 3 herrscht. Die Temperatur innerhalb der Behandlungskammer kann aber auch geringer sein, als die Temperatur innerhalb der Prozesskammer 3. Wesentlich ist, dass der Temperaturunterschied gering genug ist, um die oben genannten Schädigungen zu vermeiden. Dorthin treten jedoch keine reaktiven Gase ein. Zur Abschottung dient eine Trennwand 14. Es ist aber auch möglich, die Trennwand 14 wegzulassen.
  • Der Boden der Behandlungskammer 12 bildet im Ausführungsbeispiel eine Vertiefung aus. Auf dem Boden der Vertiefung ist eine Laseranordnung 21 angeordnet, die Licht einer Wellenlänge 355 nm absendet. Für andere Prozesse können aber auch andere Wellenlängen emittiert werden.
  • Das von der Laseranordnung 21 emittierte Licht durchdringt den Rand 8' der aus Saphir bestehenden Kreisringscheibe 8 und das gesamte Substrat 2, also auch den Randabschnitt 2' des Substrates 2, der auf der Kreisringscheibe aufliegt. Zufolge der eingebrachten Lichtenergie verändert sich das Interface zwischen Substrat und darauf aufgebrachter Gallium-Nitrit-Schicht derartig, dass es aufweicht. Die Gallium-Nitrit-Schicht wird dadurch von der Substratoberfläche angelöst. Eine eventuell vorhandene kristalline Anbindung zwischen Schicht und Substrat wird zerstört. Im Bereich des Interfaces kann amorphes Material entstehen.
  • Es ist auch vorgesehen, dass während der optischen Behandlung die Prozesstemperatur innerhalb der Behandlungskammer 12 von einer Temperatur, die unterhalb der Prozesstemperatur liegt, weiter abgesenkt wird.
  • Zur Durchführung des Verfahrens wird zunächst der Substrathalter mit darauf aufliegendem Substrat in die Prozesskammer 3 eingebracht. Dort wird in der an sich bekannten Weise eine Gallium-Nitrit-Schicht von mehreren Mikrometern Dicke auf das aus -Saphir bestehende Substrat 2 aufgebracht. Sodann wird der Substrathalter mit darauf aufliegendem Substrat 2 mit einer Handhabungseinrichtung in die Behandlungskammer 12 verbracht, wo das Substrat 2 von unten mit Laserlicht beaufschlagt wird, damit sich die Gallium-Nitrit-Schicht von dem Saphirsubstrat löst. Beide Prozesse können im Wesentlichen bei derselben Prozesstemperatur von etwa 1000 oder 1100° C durchgeführt werden.
  • Sodann wird der Substrathalter 1 mit darauf aufliegendem Substrat 2 aus der Behandlungskammer 12 mittels einer Handhabungseinrichtung verbracht und abgekühlt. Beim Abkühlen kann sich die Schicht gegenüber dem Substrat in lateraler Richtung verschieben, so dass es nicht zu Brüchen kommt.
  • Bei dem in der Fig. 4 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel liegt unterhalb der Kreisringscheibe 8 noch eine kreisringscheibenförmige Unterlegplatte, die auf der vom Grundkörper ausgebildeten Stufe liegt.
  • Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel trägt der Substrathalter 18 insgesamt drei Substrathalter 1,1'. Die Substrathalter 1 haben die Gestalt, wie sie zuvor beschrieben wurde. Der Substrathalter 1' ist andersartig gestaltet. Er ist in der Lage, eine Vielzahl von Substraten 2 zu tragen.
  • Der Zugriff der gabelförmigen Handhabungseinrichtung erfolgt über Kanäle 22, wie dies in der DE 10 232 731 beschrieben wird.
  • Bei dem in der Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Behandlungskammer 2 einen Boden mit einer trichterförmigen Öffnung. Im Eingangsbereich der trichterförmigen Öffnung befindet sich ein positionierbarer Laser 21. Dieser kann um verschiedene Schwenkachsen geschwenkt werden, um mit seinem Laserstrahl 23 die Unterfläche des Substrates abzutasten.
  • Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die unterhalb des Substrathalters 1 angeordnete Reaktorwandung 25 eine Öffnung, die mit der Zwischenlage einer Dichtung 27 von einem Fenster 26 verschlossen ist, das sich auf einem Rahmen 28 abstützt. Unterhalb des Fensters 26, also außerhalb der eigentlichen Prozesskammer bzw. Reaktorkammer, in welcher sich ein Vakuum befinden kann, befindet sich die Laseranordnung 21. Auch hier handelt es sich um einen schwenkbaren Laser, dessen Laserstrahl 23 die Unterfläche des Substrates abtasten kann, um so die dicke Gallium-Nitrit-Schicht von dem transparenten Substrat abzulösen.
  • Der Laser kann dabei die Substratunterseite wie in der Fig. 8a dargestellt, zeilenweise abtasten. Es ist aber auch möglich, wie in der Fig. 8b dargestellt, die Unterseite des Substrates spiralförmig abzutasten. Dies kann von innen nach außen oder von außen nach innen erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das Abtasten von außen nach innen. Und dabei kann sogar gleichzeitig die Temperatur abgesenkt werden.
  • Bei dem in der Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Stützelement 8 kreisscheibenförmig ausgebildet. Es ist transparent für den verwendeten Laserstrahl, dessen Wellenlänge beispielsweise 355 nm beträgt. Es stützt das Substrat 2 vollständig ab, da es die Form einer Kreisscheibe besitzt.
  • Das in Fig. 10 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Grundkörpers 6 zeigt eine quadratische Öffnung mit einer Stufe 6', auf welche ein entsprechend geformtes Stützelement 8 aufgelegt werden kann, so dass mit dieser Vorrichtung sowohl runde als auch eckige Substrate behandelt werden können. Auch hier kann wie bei dem in der Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kompensationsplatte 10 vorgesehen sein, die das Substrat in seiner Lage auf dem Stützelement 8 zentriert.

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur Halterung mindestens eines Substrates (2) in einer Prozesskammer (3) eines Reaktorgehäuses (15) mit einer Angriffszone (4) zum Angriff einer Handhabungseinrichtung und mit einer Auflagezone (5), auf welcher das Substrat (2) zumindest mit seinem Rand (2') aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagezone (5) von einem für die Wellenlänge eines optischen Substratbehandlungsprozesses transparenten Stützelement (8) ausgebildet ist, das auf einem ringförmigen Grundkörper (6) derart aufliegt, dass sich ein oder mehrere Abschnitte (8') des Stützelementes (8) in oder über den zentralen Freiraum des Grundkörpers (6) erstrecken.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (8) aus demselben Material wie das Substrat (2) besteht.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Substrate (2) auf einem Substrathalter (1) aufliegen.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (8) eine Kreisringscheibenform aufweist und auf einer Stufe des Grundkörpers (6) aufliegt.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (8) aus Saphir (AL2O3) besteht.
  6. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrates, insbesondere CVD-Reaktor mit einer Prozesskammer (3) zum Abscheiden von Schichten auf mindestens einem von einem Substrathalter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 gehaltenen Substrat (2), welche Prozesskammer (3) on einer Heizung (13) auf Prozesstemperatur gebracht wird, gekennzeichnet durch eine der Prozesskammer (3) angegliederte Behandlungskammer (12) zur optischen Nachbehandlung bei im Wesentlichen derselben oder einer etwas geringeren Prozesstemperatur des dorthin auf dem Substrathalter (1) gebrachten mindestens eines Substrates (2).
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalter (1) in der Prozesskammer (3) auf einem Substrathalterträger (18) aufliegt, der von unten beheizbar ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalterträger (18) insbesondere auf einem Gaspolster drehangetrieben gelagert ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (8) auf dem Substrathalterträger (18) aufliegt.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungskammer (12) eine Laseranordnung (21) als Lichtquelle aufweist, die insbesondere ein Licht der Wellenlänge 355 nm emittiert.
  11. Verfahren zum Abscheiden mindestens einer Schicht auf mindestens einem Substrat (2), wobei das Substrat (2) in einer Prozesskammer (3) eines Reaktorgehäuses (15) auf einem Substrathalter (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufliegend bei einer Prozesstemperatur beschichtet wird und daran anschließend ohne wesentliche Abkühlung oder geringe Abkühlung in einer Behandlungskammer (12) auf demselben Substrathalter (1) aufliegend von unten her lichtbeaufschlagt wird, um das Interface zwischen Schicht und Substrat (2) zu beeinflussen und ggf. anzulösen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur >900°C, >1000°C oder >1100°C ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrere Mikrometer dicke, insbesondere als Pseudosubstrat dienende Gallium-Nitrit-Schicht auf einem Saphir Substrat abgeschieden wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung durch in die Prozesskammer (3) eingebrachte reaktive Gase erfolgt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Prozesskammer eingebrachten Gase Elemente der dritten und fünften bzw. zweiten und sechsten Hauptgruppe beinhalten und insbesondere Chloride und Hydride, bspw. Gallium-Chlorid und NH3 sind.
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